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Informatica
Hello World! Questo corso ha come obiettivo presentare i fondamenti dell'informatica fornendo informazioni e strumenti cognitivi sull'insieme di competenze metodologiche e di abilità operative necessarie per poter utilizzare le Tecnologie dell'Informazione e della Comunicazione (ICT) in modo consapevole nel XXI secolo. Cos’è un Calcolatore Elettronico? Un computer, dal latino computare(calcolare-in inglese «to compute»), anche detto calcolatore, elaboratore, oppure ordinatore, è un dispositivo fisico che implementa il funzionamento di una macchina di Turing. Definizione di Computer La definizione precedente, sebbene rigorosa, non dice molto su quello che in pratica un Calcolatore Elettronico è o può fare: eseguire operazioni logiche, come calcoli numerici. Dalla nascita della struttura più elementare, si sono sviluppati molti tipi diversi di computer, costruiti e specializzati per vari compiti. Essi vanno da macchine che riempiono intere sale, capaci di qualunque tipo di elaborazione, a circuiti integrati grandi pochi millimetri che controllano minirobot e orologi da polso. Ma a prescindere da quanto siano grandi e da che cosa facciano, possiedono tutti quattro cose: (almeno) una unità centrale di elaborazione o CPU, (almeno) una memoria, e almeno un dispositivo di ingresso/uscita, nonché un canale perché possano dialogare tra loro, in accordo all'architettura di von Neumann. Alan Turing Alan Mathison Turing (Londra, 23 giugno 1912 – Wilmslow, 7 giugno 1954) è stato un matematico, logico e crittanalista britannico, considerato uno dei padri dell'informatica. Egli introdusse la macchina ideale ed il test che portano il suo nome. Fu anche uno dei più brillanti decrittatori che operavano in Inghilterra, durante la seconda guerra mondiale, per decifrare i messaggi scambiati da diplomatici e militari delle Potenze dell'Asse. Macchina di Turing Un Calcolatore Elettronico (CE) nasce per eseguire programmi: un computer senza un programma da eseguire è inutile. Il programma di gran lunga più importante per un CE, se previsto nell'architettura generale, è il sistema operativo, che si occupa di gestire la macchina, le sue risorse, le altre applicazioni che vi sono eseguite. Fornisce all'utente un'interfaccia per inserire ed eseguire gli altri programmi. Queste parti immateriali vengono comunemente chiamate software, in contrapposizione all'hardware che è la parte fisica, nel senso di materiale e tangibile, degli elaboratori. La macchina di Turing è un meccanismo formale, ma potenzialmente realizzabile concretamente, che costituisce un modello di calcolo; è retta da regole elementari di natura molto semplice. Ha potere computazionale massimo, ed è equivalente a ogni altro modello di calcolo molto più complesso. Di conseguenza si è consolidata la convinzione, accettata e attualmente non dimostrabile, che per ogni problema calcolabile ne esista una in grado di risolverlo (congettura di Church-Turing). John von Neumann John von Neumann, nato János Neumann (Budapest, 28 dicembre 1903 – Washington, 8 febbraio 1957), è stato un matematico e informatico ungherese naturalizzato statunitense. Fu una delle personalità scientifiche preminenti del XX secolo cui si devono fondamentali contributi in campi come teoria degli insiemi, analisi funzionale, topologia, fisica quantistica, economia, informatica , teoria dei giochi, fluidodinamica e in molti altri settori della matematica. Architettura di von Neumann La macchina di von Neumann è uno schema di progettazione di calcolatori elettronici che prende nome dal matematico John von Neumann e che fu sviluppato per il sistema IAS machine. Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali: o CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in Unità operativa, detta anche ALU (Arithmetic Logic Unit) Unità di controllo , detta anche CU (Control Unit) o Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale o Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati o Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore
o Bus, un canale che collega tutti i componenti fra loro
Informazioni ipertestuali (V. Bush e T. Nelson) Vannevar Bush o «As we may Think» (1945) o Memex (Memory Expansion)
«… Compariranno nuovi tipi di enciclopedie confezionate con una rete di percorsi associativi che le collegano, pronte ad essere inserite in memex e qui ampliate.» Ted Nelson o Hypertext (1963) o Xanadu Project Interfaccia Utente sempliceInterfaccia Utente semplice « Un'interfaccia utente dovrebbe essere così semplice da poter essere compresa, in caso di emergenza, nel giro di dieci secondi da un principiante » Leggi di Moore Prima legge di Moore (1965): «La complessità di un microcircuito, misurata ad esempio tramite il numero di transistori per chip, raddoppia ogni 18 mesi.» Seconda Legge di Moore «…sarebbe molto più economico costruire sistemi su larga scala a partire da funzioni minori, interconnesse separatamente. La disponibilità di varie applicazioni, unita al design e alle modalità di realizzazione, consentirebbe alle società di gestire la produzione più rapidamente e a costi minori.»
Graphical User Interface (GUI) “Human-Computer Interaction” dai comandi testuali (criptici!) ai comandi iconici o Da Comunicazione verbale scritta a comunicazione visuale iconica
Doug Englebart (Xerox PARC) nel 1968 sviluppa una interfaccia grafica: primo uso del “mouse” o Concetti rimasti inutilizzati fino a quando Steve Jobs non li adotta per il Macintosh o Microsoft risponde con il Sistema Operativo Windows o Sviluppo di X-Windows per UNIX (M.I.T.)
Tim Berners Lee o World Wide Web (1989) o HTML e HTTP (1989-1990) Larry Page e Sergey Brin o Google (1998) Mark Zuckerberg
Unità di misura dell’informazione L’unità di misura dell’Informazione è il bit. (Fonte Wikipedia) In informatica ed in teoria dell'informazione, la parola bit ha due significati molto diversi, a seconda del contesto in cui rispettivamente la si usa: o un bit è l'unità di misura dell'informazione (dall'inglese "binary unit"), definita come la quantità minima di informazione che serve a discernere tra due possibili alternative equiprobabili. o un bit è una cifra binaria, (in inglese "binary digit") ovvero uno dei due simboli del sistema numerico binario, classicamente detti zero (0) e uno (1); Per chiarire: lancio di 1 moneta (TESTA/CROCE) Se lanciate in aria una moneta (ad esempio la moneta da 1 € coniata in Italia) avrete 2 alternative equiprobabili: o 50% di probabilità che esca l’Uomo Vitruviano o 50% di probabilità che esca il simbolo 1 € La quantità di informazione legata all’evento «lancio di 1 moneta» è pari a 1 bit La codifica binaria del dato «lancio di 1 moneta» sarà 0=CROCE o 1=TESTA L’informazione trasmessa «lancio di 1 moneta» sarà una stringa binaria composta da 1 bit (0 oppure 1) Per complicare: lancio di 2 monete (doppio TESTA/CROCE) Se ora lanciate in aria contemporaneamente 2 monete avrete ora 22 = 4 alternative equiprobabili: o 25% croce/croce o 25% croce/testa o 25% testa/croce o 25% testa/testa La quantità di informazione legata all’evento «lancio di 2 monete» è pari a 2 bit La codifica binaria del dato «lancio di 2 monete» sarà una tra le 4 combinazioni possibili L’informazione trasmessa «lancio di 2 monete» sarà una stringa binaria composta da 2 bit (00 oppure 01 oppure 10 oppure 11) Codifica binaria Come codifica binaria il bit rappresenta l’unità di definizione di uno stato logico o «unità elementare dell’informazione trattata da un elaboratore» o Possiamo quindi immaginare il bit come l’elemento memorizzato in una cella di memoria a 2 soli stati (0/1, OFF/ON, VUOTO/PIENO, ecc.) Byte Un modo comune e conveniente di raggruppare i bit è il byte, il cui nome deriva dalla parola inglese bite (boccone, morso), (coniato anche per assonanza col termine "bit" ma rinominato per evitare confusioni accidentali di pronuncia con questo), composto da una sequenza di 8 bit. Siccome il byte è formato da 8 bit, esso è pertanto in grado di assumere 28 = 256 possibili stati (da 0 a 255). Gli informatici di lingua francese utilizzano il termine octet (ovvero ottetto).
Multipli di bit e byte (standard SI)
Definizione di “codice” Un codice è sistema di simboli che permette la rappresentazione dell’informazione. Un codice è definito sulla base di: o Simbolo: che rappresenta l’elemento atomico. o Alfabeto: che rappresenta l’insieme dei simboli possibili. o Stringa: che rappresenta una sequenza possibile di simboli. o Linguaggio: che rappresenta una sequenza possibile di stringhe. Indichiamo con cardinalità del codice il numero di elementi dell’alfabeto.
Codifica dell’Informazione Per passare da una rappresentazione con un certo codice ad una con un altro codice è necessario determinare delle regole di corrispondenza, dette codifiche. La codifica mette in corrispondenza (biunivoca) ogni simbolo appartenente all’alfabeto più ricco (esempio: alfabeto latino) con una stringa di simboli appartenente all’alfabeto più ridotto (esempio: alfabeto Morse). Codici Numerici La notazione numerica è “posizionale”, in quanto ogni simbolo («cifra» nel linguaggio numerico) assume valore più o meno significativo (MSB «most significant bit» o LSB «least significant bit») a seconda della posizione nella stringa di numeri. o Tipicamente, più le cifre sono posizionate verso sinistra, maggiore è il loro valore. Notazione Decimale (base 10) o sistema numerico arabo o Occorrono 10 simboli, le posizioni rappresentano le unità (u), le decine (da), le centinaia (h), migliaia (k) ecc. Esempio: 12(10) = 2 u + 1 da (2 “unità” più 1 “decina”) = 2x10^0 + 1x10^1 Codici numerici binari Codice Binario (base 2) o Un calcolatore rappresenta l’informazione digitale attraverso la codifica binaria che rappresenta i numeri sempre in modo posizionale. o La codifica binaria rappresenta numeri mediante una sequenza di 0 e 1. Ogni elemento di una sequenza binaria viene detto bit. Una sequenza di 8 bit viene detto byte. Esempio: 12 (^) (10, base decimale) = 1100 (^) (2, base binario) = 0 «unità» + 0 «coppie» + 1 «quadrupla» + 1 «ottupla» = 0x2^0 + 0x2^1 + 1x2^2 + 1x2^3 Confronto tra codifiche (^12) (10, base decimale) =1100 (^) (2, base binario) 10 simboli = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} 2 simboli = {0,1}
Altre codifiche numeriche digitali f8g9j8f Ottale (base 8) Alfabeto di 8 simboli = {0,1,2,3,4,5,6,7} Esempio 1210 = 14 8 = 4x8^0 + 1x8^1 Esadecimale (base 16) Alfabeto di 16 simboli = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} Esempio 1210 =C 16 = Cx16^0 N.B. i simboli utilizzati per rappresentare i valori numerici 10,11…15 (decimali) sono i simboli A,B,C,D,E,F Tabella di confronto dei numeri fino a 15
Regole di trans-codifica: da decimale a binario Ad esempio le regole di codifica per passare da una rappresentazione decimale ad una binaria sono: Dividere il numero decimale per due. Assegnare il resto come valore del bit. Continuare a dividere per due il quoziente finché non diventa uguale a zero. Ricostruire il numero binario dal basso verso l’alto (posizionale rtl right-to-left) 3510 = 100011 2
tecnologie più semplici e maggiore precisione; si utilizza un solo circuito (l'addizionatore) sia per l'addizione che per la sottrazione. Col complemento a due, il bit iniziale (più a sinistra) del numero ha peso negativo o positivo; da questo deriva che tutti i numeri che cominciano con un "1" sono numeri binari negativi, mentre tutti i numeri che cominciano con uno "0" sono numeri binari positivi e se ne ottiene il valore assoluto complementando (invertendo) il valore dei singoli bit e aggiungendo 1 al numero binario risultante. Rappresentazione di Numeri Reali Un numero reale è una rappresentazione di una grandezza fisica analogica e quindi è rappresentabile solo in modo approssimato. Esistono due forme per rappresentare un numero reale o Segno, parte intera, parte decimale (rappresentazione standard, es. -176,25) o Segno, mantissa, esponente (rappresentazione scientifica, es. -0,17625E+3)
La Codifica del Testo Un «testo» (text) è una struttura linguistica, in generale molto complessa, contenente informazioni articolate su più livelli: simboli di alfabeti, strutture grammaticali, contesti di enunciazione, forma estetica. La rappresentazione digitale di un testo, o codifica del testo, come stringhe di bit si articola in almeno 2 livelli: o Codifica dei Caratteri (codifica di basso livello o livello 0) Ad ogni carattere viene associato un codice numerico binario o Codifica di alto livello, tramite tag e linguaggi di marcatura (XML) Differenza tra codifica, struttura e forma dei caratteri Esistono molti modi di codificare gli insiemi di caratteri (charset) che compongono i simboli delle lingue umane conosciute Codici (es. Morse, Binario, …) Esistono molti modi diversi per «strutturare un testo», ossia organizzare la rappresentazione digitale delle forme di scrittura inventate dall’uomo (libro, brochure, lettera commerciale, post,…) Esistono molti modi per «renderizzare» (visualizzare) lo stesso carattere in modo da caratterizzare la «forma» estetica font (Arial, Courier, Times New Roman, …) La Codifica dei Caratteri – Standardizzazione La differenza dei caratteri presenti nelle varie lingue pone qualche problema di compatibilità per la gestione del testo digitale. Per sistemare le cose sono intervenuti organismi di standardizzazione (ISO, IEC) per impostare sistemi di codifica univoci. La natura del testo Caratteristiche delle lingue basate sul testo: o ogni testo può essere trattato come una successione di caratteri o i caratteri base sono in numero finito e relativamente pochi Per la codifica del testo è sufficiente: o definire l'insieme i caratteri da utilizzare o stabilire una corrispondenza numerica univoca
Codice ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Ideato nel 1961 e approvato nel 1968 dall'ANSI (American National Standards Institute), è poi stato accettato da ISO come ISO/IEC 646. o Il suo successore attuale è UTF- Usa codici binari a 7 bit ( 27 = 128 caratteri codificabili) I primi 32 codici (da 0 a 31) sono associati a caratteri di controllo «non stampabili» (ritorno a capo, avanzamento riga, tabulazione, spazi, ecc.) Il carattere «spazio» («space») è il 32, ed è il primo stampabile ASCII a 7 bit I codici stampabili rimanenti sono associati a: segni di interpunzione numeri caratteri alfabetici minuscoli caratteri alfabetici maiuscoli
Codice ISO Latin-1 (ISO 8859-1) Lo standard ISO/IEC 8859 è la codifica dei caratteri standard per il trattamento informatico del testo a 8 bit = 1 byte, e i caratteri dell’alfabeto latino sono codificati nell’ ISO 8859-1, per differenziarlo dagli altri 14 set di caratteri comunemente usati a computer (cirillico, greco, arabo, cinese,… ) o Usa codici a 8 bit (256 caratteri codificabili) o I primi 128 caratteri corrispondono a quelli della codifica ASCII o I codici da 128 a 159 sono associati a caratteri di controllo grafico (in Windows vengono utilizzati anche per caratteri stampabili) o I codici rimanenti (da 160 a 255) sono associati ai caratteri specifici dei principali alfabeti europei: (caratteri accentati, simboli, ecc.) Codice UNICODE (the Universal Character Set) (fonte: Wikipedia) Unicode è un sistema di codifica che assegna un numero univoco ad ogni carattere usato per la scrittura di testi, in maniera indipendente dalla lingua, dalla piattaforma informatica e dal programma utilizzato. Nato come codifica a 16 bit (65.536 caratteri codificabili), ora è allineato allo standard ISO/IEC 10646, con una codifica fino a 21 bit in grado di supportare un repertorio di codici numerici binari per circa un milione di caratteri I primi 256 caratteri corrispondono a quelli della codifica ISO Latin- I codici rimanenti sono associati agli altri alfabeti conosciuti (attuali e storici) utilizzati dall’uomo (l’ultima codifica datata 2009 non è ancora stata completata) Codice UTF- (fonte Wikipedia) UTF-8 (Unicode Transformation Format a 8 bit) è una codifica dei caratteri Unicode in sequenze di lunghezza variabile di byte, creata da Rob Pike e Ken Thompson nel 1992. UTF-8 usa gruppi di byte per rappresentare i caratteri Unicode, ed è particolarmente utile per il trasferimento dei caratteri sul web. Il vantaggio più ovvio di qualsiasi codifica UTF è che permette di rappresentare tutti i caratteri Unicode, a differenza di codifiche più vecchie, e che alcuni caratteri (per esempio l'alfabeto latino) occupano in UTF-8 un solo byte, mentre altri richiedono fino a quattro byte. La visualizzazione dei caratteri I sistemi di codifica dei caratteri non prendono in considerazione l'aspetto grafico/estetico («forma») dei caratteri stessi. Per questo motivo sono stati inventati in tipografia i «font» (dal latino «fundere») che servono a caratterizzare esteticamente le proprietà visive di un carattere di un alfabeto glifo (gliph) Codifica delle Informazioni Visive Oltre al codifica del carattere, la codifica delle informazioni visive richiede un'ulteriore tabella di corrispondenza, necessaria per contenere le informazioni sul modo di visualizzare ognuno dei caratteri codificati L'insieme di queste informazioni viene definito FONT Solitamente i font vengono memorizzati in file, ma in alcuni casi possono risiedere su memorie fisse (ad esempio, delle stampanti) Font Fissi (a matrice di punti) Le informazioni sono indicate in formato raster (ad ogni carattere corrisponde un'immagine bitmap) La visualizzazione di un testo avviene "stampando" in successione le bitmap corrispondenti alle sequenze di codici dei caratteri
- operazioni di visualizzazione semplificate e velocizzate
- effetti di aliasing nei caratteri ingranditi
Font Scalabili
con codici stabiliti per un applicativo specifico (es.: .doc per Word) scarsa possibilità di interscambio con altri software Standardizzati (tramite linguaggi di descrizione a marcatori, come XML) con parole di controllo definite tramite normale codifica testuale (in genere in ISO Latin-1) maggiori dimensioni dei file ampia possibilità di interscambio Formati di videoscrittura più usati RTF (Rich Text Format) Linguaggio di descrizione interpiattaforma con un numero limitato di parametri di descrizione. PostScript (Adobe) Linguaggio standard di descrizione della pagina in grado di codificare anche informazioni grafiche. Può essere interpretato direttamente dalle stampanti PostScript. PDF (Portable Document Format - Adobe) Formato sviluppato nel 1993 per ampliare la qualità e la portabilità del linguaggio PostScript, aggiungendo funzioni di ricerca e navigazione, collegamenti ipertestuali, moduli e filmati.. doc/docx (MS Word) Linguaggio proprietario in grado di codificare molte informazioni. Presenta una scarsa compatibilità con altri software e con altre versioni di Word. LaTeX Diffuso in ambito scientifico e tecnico, questo linguaggio di descrizione è particolarmente adatto a codificare espressioni matematiche. HTML (HyperText Markup Language) Linguaggio di descrizione standard, multipiattaforma, in grado di codificare anche collegamenti ipertestuali. Immagine vettoriale L’immagine è generata al computer mediante formule matematiche e descritta mediante un insieme di primitive geometriche (punti, linee, curve, poligoni ai quali possono essere attribuiti colori e sfumature) Immagine Raster (Bitmap) L’immagine è formata da una griglia di pixel Pixel L’elemento più piccolo che costituisce l’immagine (posizione, colore, intensità) Vettoriale Ingrandimento senza perdita di qualità; File occupano poco spazio e sono di facile compressione; Dettagli limitati; Scarsa compatibilità dei file Ideale per rappresentare immagini quali: o grafiche (loghi, font, icone,...)
o planimetrie, schemi, ... Raster Ingrandendo l’immagine si perde qualità; File occupano più spazio (più definizione = più pixel) Maggiore numero di dettagli Alta compatibilità dei file Ideale per rappresentare immagini quali: o Fotografia
o Pubblicazione digitale
Dopo la lavorazione le immagini vettoriali vengono esportate o convertite in formato raster per poterle pubblicare o utilizzare in programmi terzi. Da quel momento, l’immagine sarà raster a tutti gli effetti con tutti vantaggi e le limitazioni I monitor dei diversi dispositivi che utilizziamo sono strutturati a griglia di pixel, proprio come le immagini raster. Risoluzione
DPI
Dots per inch Numero di punti per pollice; Misura la densità di punti all’interno di un determinato spazio (1 pollice); Si fa riferimento ai punti di stampa, ed ha quindi senso usare i dpi nel momento in cui si deve stampare o digitalizzare un’immagine. PPI Pixel per inch Numero di pixel per pollice; E’ il rapporto tra i pixel di un’immagine e i pollici della diagonale del monitor; Conviene ragionare in ppi quando lavoriamo interamente nell’ambiente digitale (monitor), e preoccuparsi dei DPI solo in fase di stampa/acquisizione
Profondità colore (color depth) E’ il numero di bit usati per rappresentare il colore di un singolo pixel in un'immagine (bpp = bit per pixel) Maggiore è il numero di bit, maggiore sarà la gamma di tonalità che si possono rappresentare
Modello colore E’ il modello matematico che permette la rappresentazione dei colori nel mondo digitale. Tra i più importanti troviamo il modello RGB e il modello CYMK RGB Modello colore di tipo additivo; Red Green Blue (tricomia); Colori ricavati dalla somma delle luminosità dei tre canali (0-255); Progettato per la visione su monitor
CMYK
Modello colore di tipo sottrattivo; Cyan Magenta Yellow Keyblack (quadricromia); Colori ricavati dalla sottrazione dei 4 colori primari; Progettato per la stampa tipografica;
Spazio colore (gamma o gamut)
Display aspect ratio 4:3=1.33 (TV tradizionale) 16:9= 1.77 (Widescreen) 16:10 =1.6 (Widescreen Computer) 21:9= 2.33 (Cinemascope) 1.85 (Cinema Film US e UK)
Letterbox e pillarbox In caso di formati diversi da dover unire, oppure dell’utilizzo di schermi con proporzioni diverse rispetto al video da visualizzare, per evitare distorsioni dell’immagine si aggiungono bande nere (orizzontali o verticali). In alternativa si ritaglia il video fino a che essi non coincidono (Pan&Scan)
Fotogramma Un video è un insieme di immagini (fotogrammi o frame) che vengono visualizzati in sequenza Frame rate La frequenza con cui i fotogrammi vengono visualizzati ogni secondo (FPS – Frame Per Second o Frame Rate) non è sempre uguale da video a video Fps standard 24p = 24 fotogrammi al secondo progressivi (standard cinematografico) 25p = 25 fotogrammi al secondo progressivi (telecamere e TV con standard europeo PAL) 30p = 30 fotogrammi al secondo progressivi (telecamere e TV con standard USA NTSC) 50i= 50 semiquadri al secondo (25fps) interlacciati (standard europeo PAL) 60i= 60 semiquadri al secondo (30fps) interlacciati (standard USA NTSC) p = progressivo La “p” posizionata dopo il numero di fotogrammi (es: 25p) o la risoluzione (es:1080p) indica il tipo di Scansione Progressiva. Questo significa che, fermando un video progressivo a un determinato fotogramma, avremo un’immagine completa, esattamente come se fosse una fotografia. Benché la scansione progressiva fosse tipica del cinema fin dalle origini, è con l’avvento del digitale che tale formato è diventato di uso comune e diffuso anche a livello consumer. i = interlacciato La “i” posizionata dopo il numero di fotogrammi (es: 25i) o la risoluzione (es: 1080i) indica il tipo di Scansione Interlacciata. In questo caso, l’immagine è formata da tante linee orizzontali. Il 50% di queste linee sono “linee pari”, mentre il restante 50% sono “linee dispari”. Le linee pari e le linee dispari si alternano per tutta l’altezza dell’immagine.
linee pari (upper field) e linee dispari(lower field). Questo significa che, fermando un video interlacciato a un determinato fotogramma, NON avremo un’immagine completa, ma due “mezze immgini”, dette appunto “Semiquadri” La scansione interlacciata è tipica del vecchio analogico, ma è ancora molto diffusa in ambito di trasmissione televisiva.
I video interlacciati (es: programmi televisivi, VHS, ecc.), visualizzati su PC creano un effetto di «sfarfallio» (Flickering) Per ridurre il flickring: è necessario cercare l’opzione “De-Interlaccia” (De-Interlace) all’interno dei programmi stessi. Fps standard 24p = 24 fotogrammi al secondo progressivi (standard cinematografico) 25p = 25 fotogrammi al secondo progressivi (telecamere e TV con standard europeo PAL) 30p = 30 fotogrammi al secondo progressivi (telecamere e TV con standard USA NTSC) 50i= 50 semiquadri al secondo (25fps) interlacciati (standard europeo PAL) 60i= 60 semiquadri al secondo (30fps) interlacciati (standard USA NTSC) Formati I video possono avere diversi formati (es: .avi, .mov, .mp4, .wmv, .flv, .mkv, …) I formati non sono altro che contenitori di tipo diverso (per questo detti Container o Wrapper) Container (wrapper) All’interno di un Container troviamo il video, l’audio ed eventuali informazioni aggiuntive (es: sottotitoli, tracce audio in diverse lingue, capitoli, metatag, ecc.); Non è la scelta del formato a determinare la qualità del video!
I video sono formati da numerose sequenze di immagini e da almeno una traccia audio, per questo sono file di grandi dimensioni. RISOLUZIONE+FPS+DURATA=DIMENSIONE Compressione Per ridurre le dimensioni dei file video, le immagini e l’audio vengono compressi COMPRESSIONE LOSSLESS: permette di ridurre le dimensioni del file senza perdere informazioni COMPRESSIONE LOSSY: permette di ridurre maggiormente le dimensioni ma si perdono informazioni NON COMPRESSO (RAW): non viene applicata alcuna compressione Codec I codec servono sia per comprimere il file, sia per poterlo leggere. Spesso quando un video non viene riprodotto sul nostro PC, la causa è la mancanza del codec nel nostro sistema ed è necessario pertanto installarlo. Tra le compressioni video più diffuse attualmente troviamo H264, MPEG 2, MPEG 4 (DivX, Xvid), WMV Le compressioni audio più diffuse sono MP3 e AAC
Encoding vs transcoding L’Encoding si riferisce alla prima fase, in cui il segnale sorgente viene “impacchettato” digitalmente in un file (conversione segnale analogico in digitale). Il Transcoding si riferisce alla conversione di file digitale da un formato ad un altro. Bitrate La scelta della compressione e dei parametri della stessa, influenza la qualità del video, oltre alle dimensioni. Il parametro principale è il Bitrate (Mbps), ossia il numero di dati al secondo necessari per riprodurre il video. RISOLUZIONE+FPS+COMPRESSIONE(BITRATE)=DIMENSIONE
Quando parliamo di “video digitale” parliamo di un file che contiene informazioni (pixel, fps, bitrate, ...). Si parte sempre da un file originario che contiene una certa quantità di informazioni (pixel, fps, bitrate, ...) ed è possibile elaborarlo modificando tali informazioni. Tuttavia, se nel file originario non ci sono determinate informazioni (pixel, fps, bitrate, ...), non è possibile aggiungerle a posteriori modificandone i paramtri. Esempi
o Archive.org: http://archive.org/details/movies o Free Video Footage: http://www.free-video-footage.com/ o Stock Footage: http://www.stockfootageforfree.com/ o Public Domain Comedy Video: http://www.pdcomedy.com/ o Jamendo (musica creative commons): http://www.jamendo.com Download o aTube Catcher (PC): http://atube-catcher.softonic.it/ o Download Helper (Plugin Firefox): https://addons.mozilla.org/it/firefox/addon/video-downloadhelper/
Campionamento La trasformazione del segnale da analogico (continuo) a digitale (discreto) avviene prelevando dei campioni del segnale originario a intervalli di tempo regolari.
Frequenza di campionamento E’ la misura del numero di volte al secondo in cui un segnale analogico viene campionato e memorizzato in forma digitale (hertz). L'orecchio umano può udire i suoni nell'intervallo dai 20 Hz ai 20 kHz.
Quantizzazione Per convertire il segnale analogico in forma binaria (digitale), è necessaria l'operazione di quantizzazione che approssima il valore reale con un valore quantizzato. Questa approssimazione introduce un errore chiamato rumore di quantizzazione. Compressione Per ridurre le dimensioni, il file l’audio viene compresso COMPRESSIONE LOSSLESS: permette di ridurre le dimensioni del file senza perdere informazioni COMPRESSIONE LOSSY: permette di ridurre maggiormente le dimensioni ma si perdono informazioni NON COMPRESSO: non viene applicata alcuna compressione Codec Senza compressione AIFF WAV Compressione lossless Apple Lossless Encoding FLAC IFF Compressione lossy AAC Dolby Digital MP RealAudio Windows Media Audio ... CAMPIONAMENTO(HERTZ)+DURATA+COMPRESSIONE(BITRATE)=PESO/QUALITA’ MP3 (MPEG 1 – Layer 3) E’ un algoritmo di compressione audio di tipo lossy, che elimina dai files audio determinate informazioni che non sono necessarie (frequenze non udibili dall’orecchio umano). Ridurre drasticamente la quantità di dati richiesti per memorizzare un suono, rimanendo comunque una riproduzione fedele del file originale non compresso. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Standard creato per lo scambio di dati digitali fra strumenti musicali elettronici a prescindere dalla marca e dal modello. Grazie al MIDI gli strumenti musicali elettronici possono colloquiare fra loro e con i computer.
MIDI vs WAVEFORM In un file midi sono memorizzati solo dei segnali (es: nota premuta) I file midi molto più piccoli di file waveform anche compressi; Dal midi si può ricostruire esattamente lo spartito della musica suonata; I file midi possono essere modificati nota per nota (e traccia per traccia) Suona in modo diverso a seconda dell'hardware e del software di riproduzione;
3D
Rappresentazione tridimensionale di dati geometrici che vengono elaborati e restituiti come immagini bidimensionali
Modeling Animation Rendering Stored Immagini Animazione Effetti Speciali Design Grafica Stampa 3D Real Videogame App / Web Realtà Virtuale Realtà Aumentata Simulazione Modellazione
Manuale Procedurale Scansione 3D world: coordinates, axes, units
Coordinate System = XYZ Global Axes = world XYZ Local Axes = object XYZ Pivot Point = center of object transforms, and the origin of the object's local coordinates
Normals
Mesh
La CPU (dal modello di Von Neumann) La CPU (Central Processing Unit) è il “cervello” del calcolatore o Esegue i programmi contenuti nel calcolatore. o Comanda le altre parti del calcolatore. La CPU è composta da due parti o La CU (Control Unit) esegue le istruzioni, comanda le altre parti della CPU e controlla il flusso delle operazioni tra CPU e memoria. o L’ALU (Arithmetic Logic Unit) esegue le operazioni aritmetiche, le operazioni logiche e i confronti tra dati. Ciclo di funzionamento Il funzionamento della CPU è dato dal seguente ciclo macchina (Fetch –Decode – Execute Cycle) o Caricamento (Fetch): la CU preleva l’istruzione dalla memoria. o Decodifica (Decode): la CU interpreta l’istruzione ed eventualmente trasferisce dalla memoria i dati necessari alla sua esecuzione. o Esecuzione (Execute): la CU comanda le parti ed esegue i calcoli associati all’istruzione decodifica. o Memorizzazione (Store): i risultati dell’istruzione vengono memorizzati nella memoria centrale o in registri della CPU. Istruzioni e linguaggio macchina Il set di istruzioni definisce il linguaggio comprensibile dalla CPU. Questo linguaggio viene chiamato linguaggio macchina. I programmi eseguibili dalla CPU sono sequenze di istruzioni in linguaggio macchina. Le istruzioni del linguaggio macchina sono molto semplici Istruzioni di lettura e scrittura nella memoria centrale Istruzioni aritmetiche Istruzioni di salto ad una certa istruzione del programma CPU Le CPU si distinguono in base al tipo di set di istruzioni o CISC (Complex Instruction Set Computer) o RISC (Reduced Instruction Set Computer) La prestazioni di una CPU sono misurate dal numero di istruzioni eseguite al secondo. L’unità di misura adottata è il MIPS (= Million Instruction per second) o multipli. La CPU è costituita da un microprocessore le cui capacità possono essere stimate da o Numero di transistor o Frequenza di clock (misurato in hertz – Hz o cicli/sec) Più grande è il numero di transistor del processore più complesse sono le operazioni eseguibili a parità di tempo. Il clock è il segnale che cadenza l’esecuzione delle singole istruzioni. Quindi più alta è la frequenza di clock più operazioni sono eseguite a parità di tempo. Memoria Centrale L’ informazione è memorizzata per mezzo di singoli dispositivi elettronico che possono trovarsi ognuno in due possibili stati: o Un interruttore che può essere aperto oppure chiuso. o Un condensatore che può essere carico oppure scarico. La memoria è organizzata in una sequenza logica di locazioni individuate da un indirizzo (address) e contenente una parola (word) di informazione. o Architetture a 32 bit Interfaccia Utente semplice la parola (word) è di 4 byte o Architetture a 64 bit Interfaccia Utente semplice la parola (word) è di 8 byte
Capacità della Memoria La capacità di una memoria si misura in byte, ma per convenzione si usano le equivalenze approssimate tra le potenze decimali e binarie
Il tempo di accesso di una locazione di memoria e dell’ordine delle decine di nanosecondi. Tipi di Memoria Centrale La memoria centrale di un calcolatore contiene tre tipi di memoria elettronica o RAM Riscrivibile Casuale Volatile o ROM Non riscrivibile Casuale Non volatile o Cache Le Unità Periferiche Le unità periferiche permettono al calcolatore o La comunicazione con il mondo esterno. o Il mantenimento di grandi quantità di informazioni non gestibili dalla memoria centrale. Le unità periferiche si dividono in tre classi o Ingresso (Input) o Uscita (Output) o Input/Output Le Unità di Input Le Unità di Ingresso (Input) permettono al calcolatore di ricevere informazioni dal mondo esterno. Sono basate su o Sensori/Trasduttori (posizione, temperatura, pressione, luminosità,…). o Parte elettronica (per mantenere l'informazione, per codificarla, per segnalare lo stato dell'unità,…). Le principali periferiche di input sono o Tastiera, mouse, touchpad, scanner, microfono, telecamera, CD-ROM, ….
La tastiera (keyboard) QWERTY QWERTY (pronuncia /'kwerti/) è lo schema per tastiere alfanumeriche utilizzato nella maggior parte dei computer basati su alfabeto latino Il nome deriva dalla sequenza delle lettere dei primi sei tasti della riga superiore della tastiera. Lo schema QWERTY fu brevettato nel 1864 da Christopher Sholes e venduto alla Remington and Sons nel 1873, quando cominciò a comparire sulle macchine per scrivere. Le Unità di Output Le Unità di output permettono al calcolatore di inviare informazioni al mondo esterno. Sono basate su o Parte elettronica (per mantenere l'informazione, per codificarla, per segnalare lo stato dell'unità,…). o Attuatori (trasformano il segnale elettrico digitale in: posizione, temperatura, pressione, luminosità,…). Le principali periferiche di output sono o Monitor, stampante, casse acustiche, …. Le Unità di I/O Le unità di input/output (I/O) possono essere utilizzate indipendentemente come ingresso e uscita. Le principali periferiche di input/output sono o Hard-disk, Pendrive (o Chiavetta) USB, floppy disk, CD-RW, tape, …. Le unità di input/output e le due unità di input CD-ROM e DVD vengono anche indicate come memorie di massa.
